Измерение магнитного момента нейтрино с помощью

Измерение магнитного момента нейтрино с помощью
низкофонового германиевого спектрометра GEMMA-II
Беда А.Г. а, Бруданин В.Б. б, Васильев С.И. б, Вылов Ц. б, Демидова Е.В. а,
Егоров В.Г. б, Зинатулина Д.Р. б, Медведев Д.В. б, Сандуковский В.Г. б,
Старостин А.С. а, Ширченко М.В. б
а
Государственный Научный Центр, Институт Теоретической и Экспериментальной
Физики, Москва, Россия
б
Объединенный Институт Ядерных Исследований, Дубна, Россия
Магнитный момент (ММН) является фундаментальным параметром нейтрино и
его измерение в лабораторном опыте может привести к результатам, выходящим за
рамки стандартных представлений в физике элементарных частиц и в астрофизике. В
Стандартной Модели с минимальным расширением ММН выражается через массу
нейтрино - m:

 
3eGF
8 2 2
 m  3 10 19  B 
m
,
1eV
где B является магнетоном Бора(B=eh/2me). Экспериментальное ограничение
на величину магнитный момент нейтрино
в настоящее время составляет 510-11B.
Более сильное ограничение, порядка (0,010,1)10-10B, может быть получено из
анализа астрофизических данных. Однако результаты подобных оценок являются
модельно-зависимыми.
Поэтому
крайне
актуальным
является
увеличение
чувствительности лабораторных измерений ММН на порядок, поскольку это
позволило бы проверить выходящую за рамки Стандартной Модели гипотезу, о
существовании у нейтрино аномально-большого магнитного момента.
Лабораторные измерения ММН -  основаны на выделении его вклада в
процесс рассеяния (анти)нейтрино на электроне. В качестве источника антинейтрино
используют промышленные водо-водяные реакторы с тепловой мощностью порядка
3-х ГВт. На расстоянии ~15м от центра активной зоны они обеспечивают поток
21013 /(см2с). В процессе рассеяния, при ненулевом , в дифференциальное
сечение d/dT, где T – кинетическая энергия рассеянного электрона, наряду со
стандартным
слабым
(W)
будут
давать
вклад
и
электромагнитные
(EM)
взаимодействия. При малых переданных энергиях (T<<E, E - энергия нейтрино) EM
и W компоненты дифференциального сечения ведут себя абсолютно по-разному.
(d/dT)W практически постоянна, в то время как (d/dT)EM с уменьшением энергии
рассеянного электрона растёт как 1/T. Поэтому наиболее эффективным способом
улучшения чувствительности к  является понижение энергетического порога
детектора.
В рамках проекта GEMMA исследуется рассеяние антинейтрино на электроне.
В спектрометре используется детектор из сверхчистого германия массой 1,5 кг,
расположенный на расстоянии 13,9 м от центра реактора тепловой мощностью в 3
ГВт. Эксперимент проходит на территории Калининской Атомной Станции. Поток
антинейтрино составляет 2,73*1013 /см2/с. В ходе предварительной обработки части
данных за 2005-2008 гг. на 90% уровне достоверности получен верхний предел на
магнитный момент нейтрино (ММН):   3,2 *10 11  B (90% CL).
В связи с тем, что в работе со спектрометром GEMMA, по-видимому, уже
достигнута его предельная чувствительность, решено улучшить его до GEMMA-II с
более хорошими экспериментальными параметрами. Мы также устраним все
небольшие недочеты, с которыми нам пришлось столкнуться, работая на
эксперименте. Планируется использование двух HPGe детекторов суммарной массой
в 6 кг, что в 4 раза больше, чем для предыдущего спектрометра. Установка будет
расположена под реактором №3, где расстояние от центра активной зоны до
детектора будет составлять 10 м, что обеспечит вдвое больший поток антинейтрино 6,0*1013 /см2/с. В отличие от комнаты, где в данный момент проводится
эксперимент, здесь нет технологического оборудования, создающего шумы и
наводки. Помимо этого гамма-фон в помещении на порядок ниже. В рамках данного
эксперимента планируется использовать U-образный низкофоновый криостат, что
позволит эффективно окружить спектрометр 4π пассивной защитой. Это должно
позволить понизить уровень фона в низкоэнергетическом диапазоне до 1
(кэВ*кг*день)–1. Также планируется понизить эффективный порог срабатывания с
3,0 до 1,5 кэВ. Таким образом, в результате всех улучшений мы ожидаем достигнуть
чувствительности эксперимента (12)*10–11B, и, тем самым, опуститься в область
астрофизического интереса.